毛细管相变蓄能罐蓄热性能的实验研究

摘要

节能与环保是能源利用中两个重要的课题,节能工作已在我国引起了广泛的关注,国家和地方有关部门已制定出了相关的政策和措施,并颁布了建筑节能规范。相变蓄热是一项新型节能环保技术,在制冷空调、太阳能利用、建筑采暖、余热回收等领域都有广泛的应用前景。相变材料在蓄热过程中,吸收热量,并在需要时向环境释放热量,在营造舒适性环境的前提下,实现节能的目的。相变蓄能技术已成为新能源的开发、能源利用效率的提高、协调能量供求在时间、空间和强度不匹配的重要技术之一,也是目前科研重点和热点之一。其中,高性能相变储热装置的成功开发时相变蓄能技术应用的关键。因此,研制出一种高性能的蓄热装置具有广阔的前景和实际意义。
　　 本课题为中华人民共和国建设部科学技术司下达课题——既有建筑供能系统升级改造关键技术研究(课题编号:2006BAJ03A06—6)下的子课题。在对北方地区供能系统运行特性调研和分析的基础上,研发出适合北方地区既有公共建筑供能系统升级改造的高效节能型冷／热源匹配产品或装置——相变蓄能装置,为北方地区既有建筑供能系统的安全性能升级、环保改造、节能优化的集成技术体系等提供技术支持和硬件支撑。
　　 本文以一种新型毛细管相变蓄能罐为研究对象,通过数值模拟和实验研究相结合的方法,对其性能进行研究。研究核心是:在满足蓄能量要求的情况下,如何缩短蓄能罐的蓄、放能时间、提高蓄、放能效率。为了更直观地看到蓄能罐里相变材料的变化,建立了毛细管相变蓄能罐内相变传热的物理、数学模型,并采用CFD软件进行了相应的数值模拟,为后面的实验提供指导。另外搭建了蓄能罐的蓄、放热实验台,通过对实验数据的分析,了解蓄能罐的蓄热特性以及供回水温差对蓄、放热过程的影响,为蓄能罐的设计、优化和评价提供重要参考依据。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 我国能源利用分析与发展趋势

1.1.2 研究蓄能装置的意义和前景

1.2 国内外研究现状与进展

1.2.1 相变蓄能装置的应用

1.2.2 国内对相变材料的研究进展

1.2.3 国外对相变蓄能的研究进展

1.2.4 国内外研制开发出的相变蓄能产品

1.3 本课题来源及主要研究内容

1.4 课题科研技术路线

1.5 本章小结

第2章 低(火用)用理论和低火用技术

2.1 低(火用)理论

2.1.1 (火用)的发展

2.1.2 (火用)的基本概念

2.1.3 低(火用)理论

2.2 (火用)分析法

2.2.1 (火用)分析法

2.2.2 (火用)分析基本模型及其在工程中的应用

2.3 低(火用)理论的应用

2.4 本章小结

第3章 蓄能罐相变传热问题的数值计算

3.1 相变材料

3.1.1 相变材料的分类

3.1.2 相变材料筛选依据

3.2 相变传热问题的研究

3.2.1 相变传热问题的特点

3.2.2 相变传热的数学模型

3.2.3 相变传热问题的求解方法

3.3 毛细管相变蓄能罐的数值模拟计算

3.3.1 FLUENT软件

3.3.2 物理模型的建立

3.3.3 建立数学模型

3.4 蓄能罐的数值模拟分析

3.4.1 几何模型及网格划分

3.4.2 Fluent参数设置

3.5 熔化过程数值模拟结果及分析

3.6 本章小结

第4章 蓄放热实验台的设计与改建

4.1 实验台的设计与改建

4.1.1 实验目的

4.1.2 实验台设计原理图及改建

4.1.3 实验台主要设备

4.1.4 实验内容及方法

4.1.5 实验操作步骤

4.2 相变材料及其预测蓄放热曲线

4.2.1 相变材料测试实验仪器

4.2.3 实验用相变材料及其物性

4.2.4 相变材料预测的蓄放热曲线

4.3 蓄能罐的基本参数及保温

4.4 热电偶的制作和布置

4.4.1 热电偶的制作和标定

4.4.2 温度校验的拟合

4.4.3 热电偶的布置

4.5 本章小结

第5章 蓄能罐蓄放热特性实验结果与分析

5.1 蓄热特性实验方案设计

5.2 实验结果分析

5.2.1 蓄热特性实验结果分析

5.2.2 放热特性实验结果分析

5.3 蓄放热时间与蓄热效率

5.4 蓄放热特性影响因素分析

5.4.1 热媒体流速的影响

5.4.2 毛细管换热的影响

5.4.3 相变材料的影响

5.4.4 影响放热时间的因素

5.5 实验结果比较及误差分析

5.5.1 模拟结果与实验结果的比较

5.5.2 设备误差分析

5.5.3 其他环节误差

5.5.4 测量人员误差

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 研究结论与改进方案

6.1.1 研究结论

6.1.2 改进方案

6.2 展望

参考文献

附录

致谢